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Transferência de dados mais rápida: por que precisamos de mais velocidade?

5 de outubro de 2021

O uso de dados está aumentando a cada ano e a indústria de comunicações trabalha para atender o aumento da demanda. Mas por que a velocidade de transferência de dados atual já não satisfaz as necessidades do mercado?

Esse é o tema que vamos discutir a seguir, incluindo informações sobre quais mudanças na arquitetura de camadas físicas do data center são necessárias para suportar taxas de dados mais altas e como a Amphenol está bem posicionada para suportar sistemas de taxa de dados mais altos. Acompanhe!

Por que precisamos de transferência de dados mais rápida?

O uso da Internet aumentou

Com a pandemia do coronavírus e a consequente adoção em massa do home office e das aulas online, muitas pessoas estão trabalhando e aprendendo em casa. Naturalmente, o uso da internet aumentou. Os dados são usados para reuniões de vídeo, acesso remoto a servidores, grandes transferências de arquivos, jogos online e mídias sociais.

Hoje, há aproximadamente 2,7 bilhões de usuários do Facebook e 2,3 bilhões de usuários do YouTube e, em 2021, a humanidade passará o equivalente a 420 milhões de anos nessas plataformas de mídia social. As interações sociais, que antes aconteciam ao vivo e sem a necessidade de conexão wireless, agora ocorrem por meio das redes sociais e aplicativos de mensagem.

O avanço dos recursos dos aparelhos celulares também exige uma maior eficiência na troca de dados. Smartphones com câmeras capazes de gravar vídeos em 8k e 360° devem possuir igual capacidade para enviar esses vídeos e fazer transmissões ao vivo com a mesma qualidade.

O 5G é fundamental para a Internet das Coisas

A ascensão do 5G dá vida a muitas novas tecnologias, entre elas a Internet das Coisas, grande promessa contemporânea de automação.

A agricultura de precisão usa sensores conectados 5G, drones e hardware automatizado para gastar menos e produzir mais.

Leia também: 5 tecnologias essenciais para o melhor rendimento na agricultura

Veículos autônomos comunicam atualizações aos data centers via 5G a cada dois metros quando dirigem em velocidades de rodovias. Drones que usam a rede 5G estão sendo usados para fazer entregas.

A realidade aumentada com 5G nos permitirá fazer compras de casa como nunca antes. Para habilitar totalmente o 5G e todos os seus gloriosos subprodutos, precisamos de uma infraestrutura atualizada, e esta infraestrutura incluirá transmissão de 112Gb/s.

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Como data centers podem atender a essa enorme demanda de dados?

Para tornar todas essas novidades possíveis, data centers e data centers de borda precisam fazer a transição para arquiteturas de maior velocidade.

A grande mudança será implementar o protocolo IEEE 400GBASE-KR4 e 400GBASE-CR4 em seus servidores e switches, respectivamente.

A geração atual na maioria dos servidores de data center hoje é a cláusula 100GBASE-CR4 e 100GBASE-KR4 do IEEE descritas na cláusula 92 e 94 do IEEE, respectivamente. Esses protocolos, lançados em 2014, utilizam velocidades de sinal de 25,78125 Gbaud/s com modulação NRZ.

O próximo movimento para 200GBASE-KR4 está acontecendo hoje. Este protocolo funciona a 26,5625 Gbaud/s com modulação PAM4. A taxa de cada símbolo (BAUD) não mudou drasticamente, mas cada símbolo agora carrega dois bits em vez de um. Isso se traduz em menos sinal disponível para cada bit, e com menos sinal, a relação sinal-ruído do sistema é diminuída.

Para ilustrar a diferença, vamos considerar um backplane 100GBASE-KR4.

Este backplane tem cerca de 25 dB de perda de inserção (linha azul) na frequência nyquist de 25,78125 Gbaud/s (12,89 GHz), e cerca de 25 a 35 dB de relação sinal-ruído, dependendo do padrão de fiação.

Se traçarmos o diagrama ocular igualado do canal apenas, sem crosstalk, a 25,78125 Gbaud/s com modulação NRZ, veremos um olho aberto com uma altura ocular de aproximadamente 40 milivolts e largura dos olhos de quase todo o intervalo da unidade. Se fizermos a mesma coisa em 26,5625 Gbaud/s, com modulação PAM4, a situação é muito pior.

A altura dos olhos é de aproximadamente 13 milivolts e a largura dos olhos é de apenas cerca de 50% do intervalo da unidade.

Embora o nível de sinal seja significativamente pior em 200GBASE-KR4 do que 100GBASE-KR4, é claro que dobrar a largura de banda ainda é possível com o mesmo sistema de interconexão.

Essa é uma ótima notícia para integradores e proprietários de data centers que estão procurando um caminho de atualização fácil.

Vamos ver o que acontece quando consideramos o 400GBASE-KR4, o protocolo de próxima geração para data centers de alta velocidade, que opera a 53.125 Gbaud/s (26,56 GHz Nyquist Frequency). Este protocolo é sinônimo das normas OIF 112G.

O olho estatístico entrou em colapso. Ou seja, o hardware atual não funciona em 400GBASE-KR4. Outra maneira de olhar para ele é em termos da métrica-padrão da indústria de um canal de trabalho chamado Margem Operacional do Canal, mais conhecido como COM.

Ele pega o desempenho elétrico do canal e adiciona os prejuízos do IC em um número, representando uma relação sinal-ruído em decibéis de tensão. Na maioria dos casos, o COM maior que 3 dB está passando o requisito de interoperabilidade.

Assim como os diagramas oculares sugerem, o backplane passa facilmente o requisito elétrico 100GBASE-KR4, passa o requisito 200GBASE-KR4 com menos margem e falha na exigência de 400GBASE-KR4 por uma grande margem. É hora de um upgrade, mas o que precisamos fazer?

Quais são os desafios técnicos com o 112G?

Integridade do sinal: perda de inserção, reflexos e crosstalk

A primeira questão óbvia é a alta frequência necessária para 400GBASE-KR4. O protocolo foi projetado para acomodar 28 canais dB a 26,56 GHz. O canal atual tem cerca de 52 dB de perda nessa frequência. Claramente, a arquitetura do backplane precisa mudar.

Isso pode ser feito fazendo canais mais curtos, usando melhores materiais de placa de circuito impresso, ou substituindo os backplanes tradicionais por soluções a cabo.

A Amphenol está preparada para suportar backplanes a cabo com ExaMAX2, ®ExtremePort™ rápido, paladino®e micro-LinkOVER™ sistemas de conector.

Vamos começar simplesmente fazendo o backplane ter menos perda. Isso é feito fazendo algumas concessões para o comprimento do rastreamento e usando o melhor material PCB disponível.

Você pode ver que a perda está agora dentro da limitação da especificação 400GBASE-KR4: 21 dB a 26,56 GHz. Se analisarmos esse backplane com COM, ele ainda falha, mas por quê? Cavando mais fundo, descobrimos que há simplesmente muito barulho no sistema.

Para passar o COM, a relação sinal-ruído precisa ser superior a 1,41, e o novo backplane tem mais ruído do que sinal. Olhando com mais profundidade, vemos que tanto reflexos quanto conversa cruzada estão causando igual preocupação. No entanto, o crosstalk parece estar vindo principalmente do NEXT, e o FEXT tem uma contribuição bastante pequena.

Se mudarmos o sistema de conector para algo projetado para transmissão 400GBASE-KR4, veremos que o ruído é reduzido e o sinal é ligeiramente maior da remoção da radiação. Isso resulta em um canal 400GBASE-KR4 em funcionamento.

Vemos que um sistema de trabalho nessas frequências precisa ter perda de inserção abaixo de 28 dB a 26,56 GHz e implementar soluções de interconexão com baixos reflexos e crosstalk quase em proximidade.

Soluções em conectores de alta velocidade Amphenol

A Amphenol reconhece a necessidade de conectores de maior velocidade e sabe como ninguém criar soluções para habilitar essas velocidades. Temos as ferramentas e a expertise para ajudar nossos clientes a chegar lá, eletricamente e mecanicamente. Também temos todo tipo de conector necessário para a integração 112G.

Para conhecer as soluções e saber como podemos ajudar o seu projeto de transferência de dados, nos envie uma mensagem.

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